Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa công suất 400m³ ngày đêm

t sẽ lắng xuống, nước sau khi lắng sẽ chảy tràn qua bể khử trùng để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh và sau đó thải ra nguồn tiếp nhận (hóa chất khử trùng là clorua vôi). Tại đây có bơm tuần hoàn bùn nước lại bể hiếu khí. Bùn trong các bể kỵ khí, hiếu khí, bể lắng nếu nhiều quá sẽ được bơm vào bể chứa bùn. Bể chứa bùn gồm 2 ngăn: một ngăn chứa bùn tuần hoàn bơm về bể Aerotank, một ngăn chứa bùn dư sẽ được bơm qua bể nén bùn nhằm giảm độ ẩm trong bùn trước khi đưa vào máy ép bùn để cô đặc bùn và ép thành bánh bùn. Tính toán thiết kế dây chuyền xử lý nước thải cho nhà máy sữa Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong dây truyền xử lý nước thải * Tính toán các lưu lượng thiết kế Lưu lượng trung bình ngày: tb 400m3 / ngày.đêm Q Q ng Qtb Lưu lượng trung bình giờ: Lưu lượng ngày lớn nhất: Trong đó: tb ng h 24 Qtb ng k max ng Q max ng 16, 67m3 / h 1, 3 ng k max : hệ số không điều hòa ngày của nước thải (Điều 2.1.2 - TCXD - 51- 84). k Chọn max ng Qmax Qtb k max 400 1, 3 520m3 / ngày.đêm ng ng ng Lưu lượng giờ lớn nhất: Trong đó: max Qtb ngày ch K Q h 24 Qtb ngày ch K 400 3 50m3 / h Kch: là hệ số không điều hòa chung của nước thải chọn tham khảo theo kinh nghiệm. Kch=2-3; chọn Kch=3 Q → max h 24 24 Thiết bị chắn rác Thiết bị chắc rác là một sọt nhỏ, được treo vào một ròng rọc để có thể kéo lên lấy rác ra khi đầy. Thiết bị này có nhiệm vụ tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau. Việc sử dụng thiết bị chắn rác trong các công trình xử lý nước thải sẽ tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống và gây hỏng hóc bơm. Đây là thiết bị quan trọng để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành thuận lợi của đường ống. Độ sâu của đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn của nhà máy là H=0,7m. Ống dẫn nước vào có Φ 200. Chọn lưới chắn rác làm bằng tấm inox dày 1mm, có kích thước dài ×rộng = 0,5m×0,5m, đục lỗ tròn đường kính 5mm → Thiết bị chắn rác có kích thước 0,5×0,5×0,7m Hàm lượng chất lơ lửng, COD và BOD của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4% còn lại: SS 1000mg / l x (100 –4)% 960mg / l + COD = 5000mg/l x (100 – 4)% = 4800mg/l + BOD5 = 2500 mg/l x (100 – 4)% = 2400 mg/l Hố thu gom h Thể tích hố thu gom được tính theo công thức: V Qmax t Trong đó : lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất vào hố thu gom. t: thời gian lưu của nước thải trong hố thu là 15 –30 phút chọn t = 15phút 7 h → V Qmax t 50 15 60 12,5m3 Chọn chiều sâu hữu ích của hố thu gom hi = 2m, chiều cao bảo vệ bằng với chiều sâu của mương đặt song chắn hbv = 0,5m Diện tích hố thu gom: F V 12, 5 6, 25m2 Hi 2 Chọn hố thu gom có dạng hình vuông. ⇒Chiều dài mỗi cạnh là B = 2,5m Nước thải từ hố thu gom sẽ được bơm trực tiếp qua bể điều hòa với lưu lượng 520m3 / ngày.đêm 21, 7m3 / h Q max ng Chọn 2 bơm EBARA có ký hiệu DW200, hoạt động thay phiên. Các thông số của bơm: + Qb = 24 m3/h, cột áp Hb = 11,4 m + Công suất của bơm: N =1,5 KW = 2 HP Bể điều hòa Mục đích Nước thải được trung hòa kết hợp ngay trong bể điều hòa. Trong bể điều hòa ta lắp thiết bị điều chỉnh pH tự động (pH controller) nhằm điều chỉnh pH trong khoảng 6,5 – 7,5 đảm bảo điều kiện để công trình sinh học phía sau hoạt động tốt. Việc sử dụng bể điều hòa trong quá trình xử lý mang lại một số thuận lợi sau: + Bể điều hòa nhằm ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm trong nước thải. + Tăng cường hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học vì bể điều hòa có khả năng giảm thiểu hoặc loại bỏ hiện tượng vi sinh vật bị sốc do tải trọng đột ngột tăng cao, pha loãng các chất gây ức chế cho quá trình xử lý sinh học, ổn định hóa pH của nước thải mà không phải tốn nhiều hóa chất. + Nâng cao hiệu quả lắng cặn ở các bể lắng vì duy trì được tải trọng chất rắn vào các bể lắng là không đổi. Giúp cho việc cấp nước vào bể sinh học được liên tục trong khoảng thời gian không có nước thải đổ về trạm xử lý. + Trong bể điều hòa thường được bố trí thiết bị khuấy trộn hoặc cấp khí nhằm tạo ra sự xáo trộn đều các chất ô nhiễm trong toàn bộ thể tích nước thải, tránh việc lắng cặn trong bể. Ngoài ra, cũng giúp cho việc oxy hóa một phần các chất bẫn. Tính toán h Thể tích của bể điều hòa: V Qmax t Trong đó: t : Thời gian lưu nước thải trong bể điều hòa t =4 ÷12h, 7 chọn t = 6h Qmax : Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất, Qmax 520 m3 / h Suy ra: h h V Qmax t  520 6 130m3 24 h 24 Kích thước bể điều hòa: Chọn bể điều hòa hình chữ nhật Chiều dài bể : Chọn L = 7,2 m Chiều rộng bể : Chọn B = 4,5 m Chiều cao bể: + Chọn chiều cao hữu ích của bể Hi = 4 m + Chọn chiều cao bảo vệ là: Hbv= 0,5 m → Chiều cao tổng cộng (chiều cao xây dựng) của bể: Hi Hbv 4 0, 5 4, 5 m Hxd Thể tích thực tế của bể điều hòa: L.B.H xd 7, 2 4,5 4,5 151,87 m3 Vtt B.L 4, 5 7, 2 32, 4m2 - Diện tích bể điều hòa: F Qmax ng a *Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa: Lượng không khí cần thiết: Trong đó: Qkhí a: lượng không khí cấp cho bể điều hòa, a = 3.74m3 khí/m3 nước thải 13 Q → Qkhí  max ng  520 m3 ngày.đêm  3, 74 m3khí m3ncthai  1944,8 m3 / ngày.đêm a = 81,03m3/h = 22,51l/s Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính: vống= 2 – 3 m/s. → Chọn vận tốc khí trong ống chính: vống = 3 m/s Đường kính ống phân phối chính khí vong 4 Q 4 81, 03m3 / h 3m / s 3600 0, 098m 98mm D Chọn ống sắt tráng kẽm với đường kính thương mại φốngchính=114mm Chọn hệ thống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lỗ, gồm 4 ống dọc theo chiều rộng bể, khoảng cách giữa các ống là 2m. Lưu lượng khí trong các ống nhánh: q Qkhí 81, 03 20, 26m3 / h ong 4 4 Chọn vận tốc khí trong ống dẫn khí nhánh vống = 2 - 3 m/s, chọn vống= 2 m/s Đường kính ống nhánh: → chọn φ ốngnhánh=60mm Đường kính các lỗ: dlỗ = 2 - 5 mm, chọn dlỗ = 4 mm Vận tốc khí qua lỗ vlỗ = 5 – 20 m/s. Chọn vlỗ = 15 m/s Lưu lượng khí đi qua lỗ Số lỗ trên một ống: Chọn N= 30 lỗ Số lỗ trên 1m dài: Để dễ quản lý, ta sử dụng chung máy thổi khí cho bể điều hòa và bể Aerotank. Do đó máy thổi khí được tính ở phần sau trong phần tính toán chi tiết bể Aerotank. *Tính toán các ống dẫn nước vào bể điều hòa Nước thải được bơm từ hố thu gom vào bể điều hòa Chọn vận tốc nước vào bể là 2m/s, như vậy đường kính ống là: 2 4 520 24 3600 0, 062m 62mm Dv ⇒ chọn ống dẫn nước thải vào bể điều hòa là ống PVC có φ = 76 *Tính toán bơm Từ bể điều hòa, nước thải được bơm qua các công trình đơn vị phía sau với lưu lượng trung bình là Q = 16,7 m3/h ( theo 4.1). Chọn 2 bơm EBARA có ký hiệu DW150, làm việc thay phiên nhau, các thông số của bơm: + Lưu lượng: Q = 18 m3/h + Cột áp làm việc H = 9,5m + Công suất P = 1,1 kW = 1,5 HP - Hiệu suất xử lý của bể điều hòa + Hiệu suất khử BOD5 : 5 % Hàm lượng BOD5 đầu ra : 2400 × (1-5%) =2280 mg/l + Hiệu suất khử COD : 5% Hàm lượng COD đầu ra : 4800 × (1-5%) = 4560 mg/l + Hiệu suất khử SS: 10% Hàm lượng SS đầu ra: 960 x (1 – 10%) = 864 mg/l + Hiệu suất khử dầu mỡ: 10% Hàm lượng dầu mỡ đầu ra: 200 x (1 – 10%) = 180 mg/l Bể tuyển nổi khí hòa tan Mục đích: Loại các tạp chất không tan và khó lắng, hay các chất hoạt động bề mặt, thu hồi lượng chất hữu cơ có thể tái sử dụng. Các thông số đầu vào: Q ng Lưu lượng tb 400m3 / ngày.đêm Nồng độ chất rắn lơ lửng SS =864 mg/l Nồng độ BOD5 = 2280 mg/l Nồng độ COD = 4560 mg/l Nồng độ dầu mỡ = 180 mg/l Các thông số tính toán: Bảng 4.1.Các thông số tính toán Thông số Giá trị Áp suất, kN/m2 170 ÷ 475 Tỉ số khí / rắn A/S 0,03 ÷ 0,05 Chiều cao lớp nước, m 1 ÷ 3 Tải trọng bề mặt, m3 /m2.ngày 20 ÷ 325 Thời gian lưu nước, phút Bể tuyển nổi Cột áp lực 20 ÷ 60 0,5 ÷ 3 Mức độ tuần hoàn,% 5 ÷ 120 - Ta tính bể tuyển nổi không có tuần hoàn nước: A 1, 3 Ck ( f P 1) S Cc (Nguồn: Xử lý nước thiên nhiên cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai) Trong đó: + : tỷ số mg khí/mg chất rắn A S + f: tỉ số bão hòa, chọn f =0,5 +1,3 là tỷ trọng khí 0, 03 0, 05 , chọn A 0, 03 S + Ck: độ hòa tan của khí (ml/l), phụ thuộc vào nhiệt độ lấy theo bảng: Bảng 4.2 Độ hòa tan của khí t0 (0c) 0 10 20 30 Ck (ml/l) 29,2 22,8 18,7 15,7 Chọn: t + 0 tb  250 C , khi đó C  17, 2 (ml / l) k + Cc =Hàm lượng chất rắn lơ lửng, Cc = SS = 864mg/l + Pa = Áp suất trong bình áp lực (atm) được xác định bằng: P P 101,35 hê SI 0, 03 1,3 17, 2 (0,5P 1) P 4,32atm a 101,35 8 46 →Vậy P = 4,32(atm) = 336,5(kPa) = 34,3(mH2O) Thể tích cột áp lực: Qtb h t 400 24 3 60 0,83m3 V Chọn chiều cao cột áp lực là H = 2m. Vậy đường kính cột áp lực: 4 V H 4 0,83 0, 73m 2 D 0,03 S Lưu lượng khí cung cấp: A Từ S 0, 03 ⇒ A Trong đó: S: lượng cặn tách ra trong 1 phút 400 m3 864 g C Qtb 24 h m3 240 g / ph S c h  60 ph Dưới áp lực dư = 336,5 (kPa), lượng khí dùng để bão hòa chọn 70% P ⇒ Lưu lượng khí cung cấp: A 0, 03 240 10,3 70%  l / ph Diện tích bề mặt tuyển nổi: F tb 400 Q ng a 48 8, 3m2 Với a: tải trọng bề mặt tuyển nổi, a = 20 ÷ 325(m3/m2.ngày) Chọn a = 48(m3/m2.ngày) + Chọn bể tuyển nổi hình chữ nhật + Chiều cao ngăn tạo bọt khí ( ngăn tuyển nổi), hT= 1,6 m; + Chiều cao vùng lắng, hL = 0,7 m; chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m ⇒ Tổng chiều cao của bể: H = hT + hL + hbv =1,6 + 0,7 + 0,3 = 2,6(m) Chọn kích thước bể L × B = 4 x 1,5m Thể tích thực bể tuyển nổi: V= B × L × H = 15,6 m3 Thời gian lưu nước trong bể: t V 15, 6 0, 936h Q 400 24  56 ph → Ta thấy thời gian nằm lưu trong khoảng 20 ÷ 60 phút, nên việc chọn các thông số trên là hợp lý. Hiệu suất xử lý của bể tuyển nổi: + Hiệu suất khử BOD5 : 40 % →Hàm lượng BOD5 đầu ra : 2280 × (1 - 40%) =1368 mg/l + Hiệu suất khử COD : 50% →Hàm lượng COD đầu ra : 4560 × (1-50%) = 2280 mg/l + Hiệu suất khử SS: 90% →Hàm lượng SS đầu ra: 864 x (1 – 90%) =86 mg/l + Hiệu suất khử dầu mỡ: 10% →Hàm lượng dầu mỡ đầu ra: 180 x (1 – 85%) = 27 mg/l Lượng chất lơ lửng và dầu mỡ thu được mỗi ngày : (V ss 90% V dm 85%) Qtb ng 777, 6 153 400 372kgSS / ngày Mv( ss) 1000 1000 Lượng dầu mỡ bọt váng này rất giàu chất dinh dưỡng, sẽ được thu gom dùng làm thức ăn cho gia súc. Chọn bơm và máy cấp khí Với lưu lượng khí cung cấp: A= 10,3( l/phút) -3 + Chọn máy cấp khí có Qkhí = 11.10 Bể kỵ khí UASB Các thông số đầu vào: 3 (m /phút), P = 350 kPa Q ng Lưu lượng tb 400 m3 ngày.đêm Hàm lượng SS = 86 mg/l Nồng độ COD = 2280 mg/l Nồng độ BOD5 = 1368 mg/l Nồng độ dầu mỡ = 27 mg/l * Mục đích: - Từ bể tuyển nổi nước thải được bơm về bể kị khí UASB. Nhiệm vụ của quá trình xử lý nước thải qua bể UASB là nhờ vào sự hoạt động phân hủy của các vi sinh vật kị khí biến đổi chất hữu cơ thành các dạng khí sinh học. Chính các chất hữu cơ tồn tại trong nước thải là các chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ pH... Các yếu tố sinh vật như: số lượng và khả năng hoạt động phân hủy của quần thể vi sinh vật có trong bể. Hiệu quả xử lý theo COD từ 60÷80%. * Tính toán Trong bể UASB để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí phải có tỉ lệ chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho theo COD là COD : N : P = 150 : 5 : 1, và giá trị pH nằm trong khoảng 6,8 – 7,5. Nước thải nhà máy sữa là loại nước thải giàu chất dinh dưỡng nên ta không cần châm chất dinh dưỡng trước khi vào bể UASB Hình 4.1: Sơ đồ cấu tạo bể UASB 4 6 6 5 5 7 3 9 1 2 8 Chú thích: 1: Dẫn nước thải vào bể 2: hệ thống phân phối đều nước thải vào bể 3: lớp bông bùn hoạt tính kị khí 4: chụp thu khí 5: Vùng lắng cặn 6: Máng thu nước sau lắng 7: Tấm chắn dòng khí 8: Ống dẫn hỗn hợp khí biogas 9: Ống xả bùn dư a, Kích thước bể Với hiệu quả xử lý của bể UASB là 70% thì nước thải sau khi ra khỏi bể sẽ có hàm lượng COD là: CODra 2280 1 0, 7 684mg / l Lượng COD cần khử: GCOD 2280 684 1596mg / l Lượng COD cần khử trong một ngày 1596 mg / l 103 l / m3 400 m3 / ngay.dem 106 638, 4 kgCOD / ngay.dem G Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB, L = 7(kgCOD/m3ngđ) (Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - Lâm Minh Triết) Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết V G 638, 4 91, 2m3 L 7 Để giữ lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng trong bể phải giữ trong khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h. Chọn vận tốc vn= 0,7m/h Diện tích bề mặt của bể: Q vn 400 24 0, 7 23,8m2 F L 3m 8m Chọn kích thước bể B Chiều cao phần xử lý yếm khí ( phần phản ứng): V H1 F Tổng chiều cao bể: Hbể =H1 + H2 + H3 Trong đó: 91, 2 3,9m 23,8 + H2: chiều cao phần lắng (H2 ≥ 1m), chọn H2 = 1,5m + H3: chiều cao bảo vệ, chọn H3 =0,5m ⇒ Hbể = 3,9 + 1,5 + 0,5 = 5,9(m) Vậy kích thước xây dựng bể UASB là: L × B × Hbể = 8 × 3 × 5,9m Thời gian lưu nước trong bể từ 4 đến 12 giờ T Vb 24 Q 3 8 5, 9 0, 5 400  24 7, 78 h T nằm trong khoảng thời gian cho phép ⇒ chọn T = 7,78h Trong bể thiết kế 2 ngăn lắng. Nước đi vào các ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí. Tấm chắn khí đặt nghiêng một góc α ( với α = 450÷600 ). Chọn α =550 Hlang L H3 4 Gọi Hlắng: chiều cao toàn bộ ngăn lắng. tg550 H L tg550 H 6 tg550 0,5 1, 64m lang 4 3 4 Kiểm tra: Hlang H3 30% Hbe 1, 64m 0,5m 100% 36,3% 30% ( thỏa mãn yêu cầu) 5,9m Thời gian lưu nước trong ngăn lắng (tlắng ≥1h) 1 V L B Hlang t lang 2 lang Q Q 0, 5 8 3 1, 64 16, 7 1, 2 h 1 h ( thỏa mãn yêu cầu) b, Tấm chắn khí và tấm hướng dòng Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí là b Q Skhe 16, 7 m3 / h 4khe 4m bm 9 m / h b 0,12m 120mm Vận tốc nước qua khe vào ngăn lắng vqua khe = 9 – 10 m/h, chọn vqua khe = 9 m/h Ta có: vquakhe Trong bể UASB ta bố trí 2 tấm hướng dòng và 8 tấm chắn khí, các tấm này được đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang một góc 550. Vậy theo mặt cắt chiều dài bể sẽ có 3 vị trí thu khí. Hình 4.2 Tấm chắn khí và tấm hướng dòng TÊm ch¾n khÝ  Kho¶ng c¸ch gi÷a hai tÊm ch¾n khÝ TÊm h•íng dßng Kho¶ng c¸ch gi÷a tÊm ch¾n khÝ vµ tÊm h•íng dßng ChiÒu dµi bÓ Tấm chắn khí phía dưới: + Chiều dài l2=B=3m + Chiều rộng b2 = 1,2m + Góc nghiêng 550 0 0 + Chiều cao y = b2 × sin55 =1,2 × sin55 Tấm chắn khí trên:  = 0,98m + Đoạn xếp mí của 2 tấm chắn khí lấy bằng 0,4m + Chiều dài l1 = B = 3m + Góc nghiêng 550 + Chiều rộng của tấm chắn khí: b1 0, 4 Hlang H3 y h sin 550  1, 73m Với h =120×sin(900 – 550) = 69mm b 1, 64 0,5 0,98 0, 069 1, 73m 1 sin 550 Tấm hướng dòng: được đặt nghiêng so với phương ngang một góc ϕ và cách tấm chắn khí dưới là 120mm Hình 4.3 Tấm hướng dòng trong UASB a2 D h a1 bkhe cos 900 550 120 146, 5mm cos350 Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn dưới: l Lấy l b sin 550 khe 120 sin 550 98mm a1 a2 h tg  150mm b cos550 khe 120 cos550 69mm l a1 150 69 81mm h 98 510 a2 81 1800 2 1800 2 510 780 Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10 – 20 cm. Chọn mỗi bên nhô ra 15cm. 2 l 2 150 2 150 300 600mm D Chiều dài tấm hướng dòng: B=3m c, Tính máng thu nước *Máng thu nước bê tông. Bố trí 2 máng thu nước (kết hợp với máng răng cưa) đặt ở giữa hai ngăn lắng và dọc theo chiều rộng của bể. Máng bê t